制冷剂在低共熔溶剂中溶解度的实验研究

作     者：王浩然 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范晶

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 0703[理学-化学] 

主      题：低共熔溶剂 制冷剂吸收 压力衰减法 溶解度 

摘      要：在过去几十年中,大气中温室气体的浓度一直备受科学界关注,因为它是全球气温上升的关键因素。尽管二氧化碳排放量占据全球温室气体排放总量的三分之二以上,但其他物质,比如氟化物,也是常见的温室气体贡献物。许多氟化物具有极高的全球变暖潜力(GWP),有些甚至达到二氧化碳的23000倍,自1990年以来由氟化物造成的全球变暖增长了60%。为了降低现有氟化物的排放,采用溶剂吸收技术以捕获气体的方法也日益受到重视。低共熔溶剂作为一种新型绿色溶剂,具有类似离子液体的特性,例如低蒸汽压、高热稳定性、不可燃性和可调节性。相较于离子液体,低共熔溶剂更加吸引人的优点,氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)通常是可生物降解的成分,对环境友好;这些溶剂成本更低,制备和纯化更容易,近年来在制冷剂吸收领域备受关注。 本研究通过挑选合适的氢键供体和氢键受体,并采用加热搅拌法合成了低共熔溶剂,同时测定了其密度和粘度。此外,通过压力衰减法,探究了制冷剂在该溶剂中的溶解性。主要成果包括: 1.选定常见醇类为氢键供体,以溶解性优良的氯化胆碱和氯化铵为氢键受体,通过加热搅拌法制备十六种低共熔溶剂,并对其密度和粘度进行了实验研究。通过温度和压力方程对密度和粘度数据进行拟合,分析了实验值与计算值之间的差异。 2.在0.1 MPa～1 MPa压力和303.15 K～323.15 K温度范围内,使用氯化胆碱-乙二醇(摩尔比1:2)低共熔溶剂进行气体溶解度实验。实验结果与文献资料一致,验证了实验系统的准确性和可靠性,可用于测定制冷剂在低共熔溶剂中的溶解度。 3.在0.1 MPa～0.6 MPa压力和303.15 K～323.15 K温度条件下,研究了三种氢键供体(乙二醇、1,3丙二醇、1,3丁二醇)和三种氢键受体(氯化胆碱、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵)混合形成的低共熔溶剂对R134a和R1234yf溶解度的影响。通过实验数据拟合出溶解度与温度、压力的关系式,并计算了实验值与拟合值的差异。 4.探讨了在303.15 K～323.15 K温度和0.1 MPa～0.6 MPa压力范围内,不同氢键供体、受体、温度和摩尔比对溶解度的影响,并进行了全面分析。此外,根据醇类低共熔溶剂的吸收机理研究,阐述了所合成低共熔溶剂对传统制冷剂R134a和新型制冷剂R1234yf的吸收机制。